多功能变结构探测机器人

摘要

本发明涉及一种多功能变结构探测机器人，包括车身，其特征在于：所述车身上方设有空心机架，车身的下方均布设有车轮，空心机架的前后两端均设有变形组合构件；变形组合构件通过转动副R5连接四个爬行机构；所述每个爬行机构均连接有变形组合构件，所述变形组合构件连接可折叠动平台机构。综上所述本发明所具备的变结构和多功能特性使其可以很好的适应周围环境以及工况的变化，执行机构工作空间大，任务完成能力强，通过适当改进可应用于不同领域。另外本发明还具有结构简单、空间利用率高、变形方便易于控制等等优点。

权利要求

1.一种多功能变结构探测机器人，包括车身（1），其特征在于：所述车身（1）上方设有空心机架（1-1），车身（1）的下方均布设有车轮（2），空心机架（1-1）的前后两端均设有第一变形组合构件（3），第一变形组合构件（3）包括三号A型角板（3a）、三号A型连接板（3b）、三号A型三角板（3c）、三号中心板（3d）、三号B型三角板（3c＇）、三号B型连接板（3b＇）和三号B型角板（3a＇）， 所述三号中心板（3d）通过转动副R1铰接于空心机架的端部，三号中心板（3d）的两侧通过转动副R2、转动副R16分别连接三号A型三角板（3c）和三号B型三角板（3c＇），三号A型三角板（3c）和三号B型三角板（3c＇）的外侧分别通过转动副R3、转动副R15连接三号A型连接板（3b）和三号B型连接板（3b＇），三号A型连接板（3b）和三号B型连接板（3b＇）的外侧分别通过转动副R4、转动副R14连接三号A型角板（3a）和三号B型角板（3a＇）,第一变形组合构件（3）通过转动副R5连接四个爬行机构（4）；所述每个爬行机构（4）均连接有第二变形组合构件（5），第二变形组合构件（5）包括五号A型连接板(5 a)、五号角板（5b）、五号B型连接板（5c），五号A型连接板（5a）与五号角板（5b）通过转动副R9连接，五号角板（5b）与五号B型连接板（5c）通过转动副R10连接，第二变形组合构件通过转动副R8连接爬行机构（4），通过转动副R11连接可折叠动平台机构（6）。

2.根据权利要求1所述的多功能变结构探测机器人，其特征在于：所述爬行机构（4）包括脚掌（4a）、小腿（4b）和大腿（4c），脚掌（4a）与小腿（4b）通过转动副R6连接，所述小腿（4b）和大腿（4c）通过转动副R7连接。

3.根据权利要求1所述的多功能变结构探测机器人，其特征在于：所述可折叠动平台机构（6）包括六号A型折板（6a）、六号中心板（6b）、六号B型折板（6c），所述六号A型折板（6a）与六号中心板（6b）通过转动副R12连接，六号B型折板（6c）与六号中心板（6b）通过转动副R13连接，六号A型折板（6a）通过转动副R11连接第二变形组合构件（5）。

说明书

多功能变结构探测机器人

技术领域

[0001] 本发明属于探测设备技术领域，特别是涉及一种多功能变结构探测机器人。

背景技术

[0002] 随着机器人技术的不断发展，各式各样的探测车被广泛应用于太空探索、城市搜索救援、井下探测救援、路况探测以及排爆机器人等多个领域，可代替人类完成多种危险任务。由于探测车所执行任务的特殊性，其对环境和工况的变化要有很好的适应性。目前世界上的探测车大都是基于固定构件数目而研制出来的，具有固定的自由度，故在工作过程中其结构和功能不会发生变化，面对未知困难时（如执行机构的姿态或方位需要调整、地形突变、环境的恶劣变化以及运输空间有限等，特别是环境的恶劣变化甚至会彻底损坏完成任务所需的核心设备），此类探测车适应能力变差。目前已经开发出的探测车主要存在以下四个问题：（1）核心设备直接安装于探测车车身，不利于设备整体姿态和空间位置的调整，工作空间有限，容易受到障碍物的限制；（2）对于安装在探测车上的重要设备，特别是大型设备，缺乏足够的保护措施；（3）目前已有探测车的行驶机构大多采用轮式结构，对复杂地貌的适应能力差，采用足式步行结构的探测车运动速度慢，控制比较复杂；（4）功能多样化与庞大体形之间的矛盾，例如，搜索救援机器人因体形过大而不能进入搜救现场，火星探测机器人的设计受限于发射或运载工具的空间几何尺寸。

发明内容

[0003] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构简单、空间利用率高、功能更多、适应能力更强的多功能变结构探测机器人。

[0004] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

[0005] 一种多功能变结构探测机器人，包括车身，其特征在于：所述车身上方设有空心机架，车身的下方均布设有车轮，空心机架的前后两端均设有第一变形组合构件；第一变形组合构件通过第五转动副R5连接四个爬行机构；所述每个爬行机构均连接有第二变形组合构件，所述第二变形组合构件连接可折叠动平台机构；

[0006] 所述第一变形组合构件包括三号A型角板3a、三号A型连接板3b、三号A型三角板3c、三号中心板3d、三号B型三角板3c＇、三号B型连接板3b＇和三号B型角板3a＇，所述三号中心板3d通过第一转动副R1铰接于空心机架的端部，三号中心板3d的两侧通过第二和第十六转动副R2、R16分别连接三号A型三角板3c和三号B型三角板3c＇，三号A型三角板3c和三号B型三角板3c＇的外侧分别通过第三和第十五转动副R3、R15连接三号A型连接板3b和三号B型连接板3b＇，三号A型连接板3b和三号B型连接板3b＇的外侧分别通过第四和第十四转动副R4、R14连接三号A型角板3a和三号B型角板3a＇,角板的外侧通过第五转动副R5连接爬行机构4。

[0007] 所述第二变形组合构件5包括五号A型连接板5a、五号角板5b、五号B型连接板5c，五号A型连接板5a与五号角板5b通过第九转动副R9连接，五号角板5b与五号B型连接板5c通过第十转动副R10连接，五号A型连接板5a通过第八转动副R8连接爬行机构4，五号B型连接板5c通过第十一转动副R11连接可折叠动平台机构6。

[0008] 本发明还可以采用如下技术措施：

[0009] 所述爬行机构4包括脚掌、小腿和大腿，脚掌与小腿通过第六转动副R6连接，所述小腿和大腿通过第七转动副R7连接。

[0010] 所述可折叠动平台机构6包括六号A型折板6a、六号中心板6b、六号B型折板6c，所述六号A型折板6a与六号中心板6b通过第十二转动副R12连接，六号B型折板6c与六号中心板6b通过第十三转动副R13连接，六号A型折板6a通过第11转动副连接第二变形组合构件5。

[0011] 本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明采用上述技术方案具有以下优点：

[0012] 1.通过机构自身结构的变化就可以实现多种功能，与传统机构相比，其机构利用率更高、功能更多、适应能力更强，本发明探测机器人整体尺寸可通过机构的折叠或展开进行调节，具有良好的通过性。探测机器人各个功能之间的转变都是通过自身的结构特点和构件连接关系的变化来实现的，属于自重组自重构，不需要与外界进行交换，易于实现且机构利用率高。

[0013] 2．车身上安装的变形组合机构可对动平台上的执行设备进行整体的姿态调整和位置调整，使其拥有更大的工作空间和更强的任务完成能力，对执行设备整体进行姿态调整和位置调整，在增大其工作空间的同时，还有利于执行机构绕开障碍物，从而可以完成某些本不能完成的任务。

[0014] 3．可折叠动平台机构可对安装在动平台上的重要设备实施隔离保护。

[0015] 4．便于运输和储存：由于运载工具或储存工具的几何尺寸限制，特别是在航空航天领域，在运输过程中应尽可能的减小探测车的尺寸。本发明探测机器人转变为折叠保护机构时，不仅可以在运输过程中对安装在动平台上的重要设备实施隔离保护，而且此时机构所占空间面积最小，在实施保护功能的同时，还便于运输和储存。

[0016] 5．本发明兼有轮式行驶机构和足式爬行机构的优点，实现了优势互补，在较为平坦的路面上行进时，采用轮式行驶，具有稳定高速的优点；当路面崎岖或需要攀高、爬楼梯时，则采用爬行机构予以实现，二者之间的相互转换实现了两种移动方式的优势互补。

[0017] 6．通过探测机器人的宽窄变化、高低变化以及轮式和爬行机构的变换，可以有很多种变形方式。

[0018] 综上所述本发明所具备的变结构和多功能特性使其可以很好的适应周围环境以及工况的变化，执行机构工作空间大，任务完成能力强，通过适当改进可应用于不同领域。

附图说明

[0019] 图1是本发明的结构示意图；

[0020] 图2是本发明的平面展开状态结构示意图；

[0021] 图3是本发明的折叠保护状态结构示意图；

[0022] 图4是本发明的爬行移动状态结构示意图。

[0023] 图中：1.车身 1-1.空心机架；2.车轮；3.第一变形组合构件 3a.三号A型角板3b.三号A型连接板 3c.三号A型三角板 3d.三号中心板 3c＇三号B型三角板 3b＇三号B型连接板 3a＇三号B型角板；4.爬行机构 4a.脚掌 4b.小腿 4c.大腿；5.第二变形组合构件 5a.五号A型连接板 5b.五号角板 5c.五号B型连接板；6.可折叠动平台机构
6a.六号A型折板 6b.六号中心板 6c.六号B型折板；R1——R16为第一至第十六转动副。

具体实施方式

[0024] 为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

[0025] 请参阅图1至图4，一种多功能变结构探测机器人，包括车身1，所述车身1上方设有空心机架1-1，车身1的下方均布设有车轮2，空心机架1-1的前后两端均设有第一变形组合构件3；第一变形组合构件3通过第五转动副R5连接四个爬行机构4；所述每个爬行机构4均连接有第二变形组合构件5，所述第二变形组合构件5连接可折叠动平台机构6。

[0026] 所述第一变形组合构件3包括三号A型角板3a、三号A型连接板3b、三号A型三角板3c、三号中心板3d、三号B型三角板3c＇、三号B型连接板3b＇和三号B型角板3a＇，所述三号中心板3d通过第一转动副R1铰接于空心机架的端部，三号中心板3d的两侧通过第二和第十六转动副R2、R16分别连接三号A型三角板3c和三号B型三角板3c＇，三号A型三角板3c和三号B型三角板3c＇的外侧分别通过第三和第十五转动副R3、R15连接三号A型连接板3b和三号B型连接板3b＇，三号A型连接板3b和三号B型连接板3b＇的外侧分别通过第四和第十四转动副R4、R14连接三号A型角板3a和三号B型角板3a＇,角板的外侧通过第五转动副R5连接爬行机构4。

[0027] 所述爬行机构4包括脚掌、小腿和大腿，脚掌与小腿通过第六转动副R6连接，所述小腿和大腿通过第七转动副R7连接。

[0028] 所述第二变形组合构件5包括五号A型连接板5a、五号角板5b、五号B型连接板5c，五号A型连接板5a与五号角板5b通过第九转动副R9连接，五号角板5b与五号B型连接板5c通过第十转动副R10连接，五号A型连接板5a通过第八转动副R8连接爬行机构4，五号B型连接板5c通过第十一转动副R11连接可折叠动平台机构6。

[0029] 所述可折叠动平台机构6包括六号A型折板6a、六号中心板6b、六号B型折板6c，所述六号A型折板6a与六号中心板6b通过第十二转动副R12连接，六号B型折板6c与六号中心板6b通过第十三转动副R13连接，六号A型折板6a通过第11转动副连接第二变形组合构件5。

[0030] 上述结构中，第一转动副R1、第四转动副R4、第五转动副R5、 第六转动副R6的转动轴线始终相交于一点，第八转动副R8、第九转动副R9、第十转动副R10、第十一转动副R11的转动轴线始终相交于一点。

[0031] 本发明可通过一系列机构的变化，具有平台导向功能（如图1所示）、折叠保护功能（如图3所示）、轮式移动功能（如图1和图3所示）和爬行移动功能（如图4所示），并对应完成各个功能阶段的任务目标。探测机器人通常处于平台导向功能和轮式移动功能状态，面临未知困难时（如地形突变、环境的恶劣变化以及运输空间有限等），可通过自身结构变化实现折叠保护功能或爬行移动功能，具体实施过程如下：

[0032] 平台导向功能向折叠保护功能转化：在图1所示具有平台导向功能的结构基础上，首先通过爬行机构的折叠，使动平台的六号中心板6b与空心机架1-1重叠并固联为一体，形成本发明的平面展开状态（如图2所示）。在平面展开状态下，将六号A型折板6a、六号B型折板6c分别向上翻转90°，然后将六号A型折板6a、六号B型折板6c两侧的爬行机构以及三号A型角板3a、五号A型连接板5a、五号角板5b作为一个整体向内翻转90°，形成保护腔。保护腔的两端通过第一变形组合构件3与第二变形组合构件5的折叠形成如图3所示的密封结构，使得本发明具有保护功能。

[0033] 平台导向功能向爬行移动功能转化：在图1所示具有平台导向功能的结构基础上，首先通过爬行机构的折叠，使动平台的六号中心板6b与空心机架1-1重叠并固联为一体，形成本发明的平面展开状态（如图2所示）。在平面展开状态下，断开每个爬行机构4与第一变形组合构件3之间的第五转动副R5，并将爬行机构4沿地面方向伸展，从而支撑起整个车身和动平台，此时，该结构与一般爬行动物结构组成相似，具有实际的研究意义和应用价值。

[0034] 综上所述本发明所具备的变结构和多功能特性使其可以很好的适应周围环境以及工况的变化，执行机构工作空间大，任务完成能力强，通过适当改进可应用于不同领域。另外本发明还具有结构简单、空间利用率高、变形方便易于控制等优点。

[0035] 以上所述仅为本发明的较佳施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所做的等效变化与修饰，均落入本发明的技术范围。